1

I. OTELURI INOXIDABILE Conventional, au fost denumite oteluri inoxidabile, aliajele Fe-C-Cr, care contin cel

putin 12% Cr si au o participare sub 0,1% C. Continutul de 12% Cr confera otelurilor

proprietatea de a se acoperi de un strat pasiv alcatuit in principal, din oxizi de crom si este

aderent, dens, impermeabil si putin solubil, fapt care-l face rezistent in multe medii agresive.

Otelurile inoxidabile isi datoreaza proprietatea de baza, rezistenta la coroziune,

fenomenului de pasivare bazat pe formarea unui film protector pe suprafata produselor.

Acest film aderent, continuu si implicit, protector (un oxid in majoritatea cazurilor) este stabil

si se pastreaza timp indelungat in multe medii. Aceasta stare de pasivitate a otelurilor

inoxidabile, se datoreaza prezentei cromului si se obtine la o concentratie de 12% Cr,

concentratie de la care otelul devine inoxidabil feritic (martensitic), in functie de continutul

de carbon.

S-au creat diverse marci de oteluri inoxidabile, adaugand aliajelor Fe-C-Cr diverse

elemente de aliere ca: nichel, molibden, mangan, cupru, titan, niobiu, siliciu, bor, aluminiu,

care au ca scop marirea rezistentei la coroziune si imbunatatirea proprietailor mecanice si

fizice.

I.1. CLASIFICAREA OTELURILOR INOXIDABILE

Elementele de aliere ale otelurilor au ca scop principal marirea rezistentei la

coroziune si imbunatatirea proprietatilor mecanice si fizice. Aceste elemente de aliere pot fi

alfagene (Cr, Mo, Si, Ti, Nb), care maresc domeniul de existenta al solutiei solide (α) si

gamagene (C, Ni, Mn, N) care maresc domeniul de existenta al solutiei (γ).

Structura otelurilor depinde de participarea elementelor cu caracter alfagen si

gamagen din compozitia lor. Cromul si nichelul sunt elemente reprezentative pentru

elementele alfagene, si respectiv gamagen, structura otelurilor inoxidabile fiind afectata de

raportul dintre echivalentul in crom si echivalentul in nichel: ECr si ENi.

ECr = Cr + Mo + 1,5 Si + 0,5 Nb

ENi = Ni + 30 C + 0,5 Mn + 30 Ni

unde: - Cr, Mo, Si, Nb - reprezinta continutul procentual al acestor elemente;

- Ni, C, Mn, N - reprezinta continutul procentual al acestor elemente;

2

Tinand cont de aceste relatii de calcul ale echivalentelor, structura otelurilor

inoxidabile, in cazul racirii rapide, va fi cea prezentata in diagrama Schaeffler.

Fig.1.1. Diagrama Shaeffler

Daca se tine seama si de influenta temperaturii de laminare a otelurilor, relatiile de

calcul ale echivalentelor ENi si ECr vor fi :

ECr = Cr + 3 Si + Mo

ENi

= Ni + 21 C + 0,5 Mn + 11,5 N

si diagrama Schaeffler se va transforma si va avea aspectul din figura de mai jos:

% ENi

32

24

16

8

0 0 8 16 24 32 40 %ECr

A

A+M

0%F

5%F

10%F

20%F A+F

% ENi

32

24

16

8 0 8 16 24 32 40 %ECr

A A+M

F+M

0%F

5%F 10%F

20%F

40%F 80%F

100%F

3

Fig.1.2. Diagrama Schaeffler

In cazul microalierii cu titan si niobiu se recomanda folosirea relatiilor:

ECr = Cr + 3 Si + Mo +10 Ti’ (sau + Nb’)

ENi = Ni + 0,5 Mn + 21 C’

unde:

- C’ = 0,03%

- Ti’= Ti - 4[(C-0,03)+N];

- Nb’= Nb - 8[(C-0,03%)+N].

In functie de raportul ECr/ENi

E

, se pot obtine diverse structuri ale otelurilor inoxidabile.

Cr/E STRUCTURA Ni F M A F+M M+F A+F A+M A+M+F

0,04÷1,6 0,1÷2 0,1÷8 1,6÷4 2÷12 4÷13 4÷18 4÷25

Clasificarea otelurilor inoxidabile se face in functie de matricea structurala[16]:

1. Oteluri inoxidabile martensitice

2. Oteluri inoxidabile feritice

3. Oteluri inoxidabile austenitice.

1. Oteluri inoxidabile martensitice se caracterizeaza printr-un continut ridicat de

crom, 12÷17% si continut mai mare de carbon, peste 0,1%C. In unele cazuri procentul de

carbon atinge valorile 0,4÷0,5 si mai rar valoarea 1,0. Pentru a le mari rezistenta la oxidare

la cald, li se adauga siliciu, iar pentru marirea tenacitatii sunt aliate cu 2÷4% Ni. Unele

calitati ale otelurilor martensitice contin si adaosuri de titan. In functie de continutul de

carbon si crom, aceste oteluri se clasifica in mai multe grupe.

4

2. Oteluri feritice se caracterizeaza printr-un continut de 0,1÷0,35% C si 15÷30%

Cr. Acestea sunt oteluri monofazice si deci nu sufera transformari structurale la incalzire si

racire. La anumite concentratii de carbon si crom, pot aparea partial transformari structurale

martensitice.

Otelurile inoxidabile feritice prezinta o rezistenta la coroziune superioara celor

martensitice si un pret de cost mai mic decat cele austenitice.

Prin asocierea diverselor elementelor de aliere ale otelurilor feritice, s-au creat

diverse marci de oteluri, care prezinta o structura pur feritica, sau o structura feritico-

martensitica. Prin adaugarea diverselor elemente de aliere ca: Ni, Cu, Al, Mo, Ti, Nb si

reducerea continutului de carbon se imbunatateste comportarea metalurgica la sudare si

permite prelucrarea lor prin presare la rece.

3. Oteluri inoxidabile austenitice se caracterizeaza printr-un continut scazut de

carbon (C<0,1%), un continut de 12÷25%Cr si 8÷30% Ni, avand o anumita proportie de

echivalent in elemente alfagene si gamagene si o stabilitate a austenitei pana la temperaturi

foarte scazute. Aceste oteluri prezinta performante mari, dar si un pret de cost ridicat si au

caracteristici mecanice deosebite: rezistenta buna la coroziune, se prelucreaza usor prin

deformare plastica si o comportare buna la sudare. Utilizarea otelurilor austenitice este

limitata uneori de slaba rezistenta la coroziune sub tensiune, mai ales in medii formate din

solutii de cloruri si la temperaturi ridicate.

2. CLASIFICAREA OTELURILOR INOXIDABILE AUSTENITICE

1. Oteluri austenitice Cr-Ni se caracterizeaza printr-un continut scazut de carbon si

o proportie de 8÷18% Cr si Ni. Se fabrica oteluri austenitice cu proportia Cr-Ni de : 12-12;

18-2; 18-10; 18-8; 20-12; 25-12; 25-20.

Pentru a le mari rezistenta la oxidare la temperaturi ridicate, acestor oteluri li se

adauga siliciu, fapt care contribuie la suprimarea sensibilitatii la coroziune sub tensiune si

ameliorarea comportarii in medii nitrice foarte oxidate.

Combaterea coroziunii intercristaline se realizeaza si prin adaosuri de titan, niobiu in

proportie de 5× %C. Cresterea prelucrabiliatii prin aschiere se realizeaza prin adaosuri de

sulf sau seleniu. Reducerea pretului de cost al acestor oteluri se poate face prin inlocuirea

partiala a nichelului, care este scump, cu mangan sau azot.

5

2. Oteluri austenitice Cr-Ni-Mo sunt oteluri austenitice 18-8 Cr-Ni carora li se

adauga 2÷4% Mo, cu scopul de a mari rezistenta la coroziune in solutii de acid sulfuric,

cloruri sau acizi organici.

Cresterea rezistentei la coroziune a otelurilor Cr-Ni-Mo se poate face prin adaos de

1÷2% Cu sau 2÷4% W si a stabilizatorilor Ti si Nb. Continutul de carbon al acestor oteluri

trebuie sa fie foarte mic (C<0,03%).

3. Oteluri austenitice Cr-Ni-Mn-N sunt caracterizate de un adaos de mangan, care

provoaca modificari ale vitezei critice de racire, dar mentine structura austenitica la

temperatura ambianta.

Otelurile austenitice Cr-Mn sunt sensibile la coroziunea intercristalina, rezistenta la

coroziune neputand fi imbunatatita, deoarece nu se admita peste 15% Cr si nu se pot folosi

adaosurile de titan si niobiu, deoarece s-ar restrange domeniul de existenta al austenitei.

Alierea cu 2÷6% Ni a otelurilor Cr-Mn conduce la obtinerea unei austenite stabile,

chiar daca creste Cr la 20%, si conduce totodata la cresterea rezistentei la coroziune.

Azotul poate fi folosit ca element austenitizant in otelurile Cr-Mn si amelioreaza

proprietatile mecanice ale otelurilor Cr-Mn. Adaosurile de azot inlocuiesc o parte din nichel,

contribuind la reducerea pretului de cost al otelului inoxidabil austenitic.

4. Oteluri austenito-feritice. Stuctura lor este deteminata de echilibrul intre

elementele alfagene (Cr, Mo, W, Si, Al, Ti, Nb) si elemente gamagene (C, Ni, Cu, Mn, N).

In functie de echivalentul in Cr si Ni se constata separarile domeniului austenitic de

cel austenito-feritic.

La valorile ENi =12% si ECr =19% se obtine o structura austenito-feritica, deci prin

reglarea continutului in elemente alfagene si gamagene se obtin structuri mixte de austenita

si ferita.

Aceste structuri prezinta dificultati de prelucrare la cald, iar multe dintre ele au o

anumita sensibilitate la coroziunea intergranulara si li se pot modifica proprietatile prin

durificare structurala.

Otelurile inoxidabile austenito-feritice se caracterizeaza prin continut scazut in

carbon (C ≅ 0,05%), continut de 8% Ni si 20÷22% Cr.

Se aliaza cu 2÷2,5 % Mo; 1,5% Cu; 3% Mn, reducand la 2÷3% nichelul.

3. INFLUENTA ELEMENTELOR DE ALIERE

6

INFLUENTA CROMULUI

Cromul este un element alfagen care adaugat in fier, contribuie la reducerea

domeniului γ, care se restrange sub forma unei bucle. Participarea cromului in otelurile

inoxidabile este de minim 12%.

Fig.3.3.1. Diagrama Fe-Cr

Analizand diagrama Fe-Cr rezulta ca sub temperatura de 1400°C, in functie de %Cr,

pot fi delimitate doua domenii:

- Cr < 13% - aliaje cu structura partiale sau totala γ, care pot suferi transformarea

γ→α, prin racire lenta sau rapida;

- Cr > 13% - peste aceasta limita, aliajele sunt feritice si nu pot fi supuse

tratamentelor termice..

Trebuie mentionat ca in aliajele, care au o compozitie de 45% Cr, poate apare faza σ,

care precipita pe limita grauntilor de ferita, conferindu-i aliajului fragilitate.

In aliajele Fe-C-Cr, influenta cromului este de maniera asemanatoare cu cea

prezentata la aliajele Fe-Cr, dar cu alte domenii de existenta ale fazelor α, γ si in plus apar

si carburi de crom de tipul cementitei aliate (FeCr)3C si carbura aliata CrxCy.

7

Cromul mareste rezistenta otelurilor la coroziune atat la temperatura ambianta, cat si

la temperaturi inalte, acesta crescand odata cu cresterea continutului de Cr; de la 12 % Cr

in sus, otelurile in prezenta unui mediu oxidant se pasiveaza spontan.

Cromul mareste si rezistenta otelurilor la temperaturi inalte; cu cat continutul de Cr

este mai ridicat cu atat mai mare este rezistenta otelurilor la oxidare la temperaturi ridicate.

Deoarece cromul formeaza carburi (Cr23C6) in oteluri, sub forma de solutii solide,

creste duritatea si fragilitatea otelurilor.

INFLUENTA NICHELULUI

La otelurile inoxidabile austenitice si la unele oteluri inoxidabile martensito-feritice,

nichelul este alaturi de crom, principal element de aliere. Participarea nichelului in otelurile

inoxidabile este de minim 8%, pentru cele cu structura austenitica (clasa Cr-Ni) sau de

4÷6%, pentru otelurile cu structura martensitica sau martensito-feritica.

Nichelul se dizolvain Fe γ si-i extinde domeniul de existenta, actionand asupra

coborarii temperaturilor punctelor critice de transformare.

Nichelul provoaca un important histerezis de transformare la incalzire-racire, fapt ce

conduce la aparitia domeniului bifazic α+γ. La concentratii de 60÷80% Ni, apare

suprastructura FeNi3

Aceasta suprastructura se dizolva in faza γ la temperaturi mai mari de 773K.

a carei prezenta nu s-a constatat in otelurile aliate cu nichel.

8

Fig.3.3.2. Diagrama de echilibru Fe-Ni.

In aliajele Fe-C-Ni, influenta nichelului este asemanatoare cu cea de la aliajele Fe-Ni,

in plus favorizand descompunerea cementitei si aparitia grafitului.

Adaugarea de nichel in otelurile cu peste 12% Cr, are ca efect aparitia unor structuri

diferite, ca urmare a actiunii gamagene a nichelului, dar caracterul inoxidabil se pastreaza.

In conditii speciale (respectiv, prin racire rapida) este suficient ca la otelurile cu 18%

Cr si mai putin de 0,5% C, adaugarea de 4% Ni sa conduca la obtinerea unei structuri

primare austenitice la temperatura ambianta.

Efectul gamagen al nichelului este si mai pronuntat daca % Ni creste la 8%. In

sistemul Fe-C-Cr-Ni, la 18% Cr si 8% Ni, domeniul γ are o extindere completa pana la

temperatura ambianta, chiar la racire lenta, daca se mentine continutul de carbon sub

0,02%.

Proprietatile de rezistenta ale otelurilor Ni austenictice scad la cresterea continutului

de nichel insa plasticitatea si tenacitatea se maresc foarte mult, au o mare capacitate de

ecruisare, influenteaza puternic coeficientul de dilatare liniara α a fierului.

Nichelul mareste rezistenta otelurilor la coroziunea in aer, apa de mare si acizi.

Se poate aprecia ca nichelul, provoaca in otelurile inoxidabile Cr-Ni doua fenomene

importante:

a. extinderea domeniului austenitic si marirea stabilitatii austenitei;

b. stabilizarea fazei σ (FeCr) la temperaturi ridicate si aparitia ei la concentratii mai

mici in crom, comparativ cu otelurile inoxidabile aliate numai cu crom.

In acest fel, a luat nastere clasa otelurilor inoxidabile austenitice Cr-Ni.

Cresterea continutului in crom si nichel va produce marirea tenacitatii si

prelucrabilitatii, prin deformare plastica si la cresterea rezistentei la rupere.

9

Rezistenta la coroziune a otelurilor inoxidabile Cr-Ni depinde in special de prezenta

in structura a carburilor de crom, respectiv de faptul daca exista o austenita cu un grad

mare de omogenizare. Daca carburile de crom se separa la limita grauntilor austenitici,

rezistenta la coroziune se va inrautati.

Pentru a obtine oteluri rezistente la coroziune se evita separarea carburilor de crom,

fie prin aliere cu titan sau niobiu, fie prin modificarea elementelor feritizante, lucru care duce

la aparitia unei cantitati de 1÷8% ferita, pe langa austenita.

Otelul sensibilizat, care are in structura si carburi de crom precipitate la limitele de

graunti, prezinta o mica rezistenta la coroziune, in comparatie cu otelul stabilizat cu titan

sau niobiu.

INFLUENTA MANGANULUI

• element gamagen;

• influenteaza puternic diagrama Fe-C, coborand domeniile care corespund punctelor A1

si A3

• otelurile aliate cu Mn prezinta o mare susceptibilitate de crestere a grauntilor de

austenita la incalzire;

;

• favorizeaza aparitia fragilitatii de revenire; creste temperatura de tranzitie ductil - fragil;

• influenteaza puternic comportarea otelurilor la tratamentul termic de calire si de revenire;

creste calibilitatea, creste susceptibilitatea la supraincalzire a grauntilor de austenita si

creste susceptibilitatea la fragilitatea de revenire;

• dupa calire si revenire inalta cresc proprietatile de rezistenta si se micsoreaza

plasticitatea;

• mareste coeficientul de dilatare termica liniara si micsoreaza conductibilitatea termica si

electrica;

• nu mareste rezistenta la coroziune.

AZOTUL: • in otelurile Cr-Ni duce la diminuarea continutului de Ni conferindu-le aceeasi structura

austenitica;

• contribuie la durificarea austenitica, otelurile Cr-Mn-Ni-N prezinta proprietati mecanice

mai ridicate;

10

• nu se poate administra azot peste 0,4% deoarece apar tendinte spre fragilizare, datorita

nitrurilor de fier ce se pot separa in timpul exploatarii otelurilor inoxidabile;

MOLIBDENUL in otelurile Cr-Ni, adaugat in proportie de 1-3% contribuie la ridicarea

proprietatilor mecanice la cald. Este un element alfagen, care stabilizeaza ferita. Molibdenul

mareste rezistenta chimica a otelurilor inoxidabile in acizi reducatori si in prezenta ionilor de

clor.

WOLFRAMUL este un element alfagen si provoaca o crestere a proprietatilor mecanice la

temperaturi joase si inalte otelurilor inoxidabile austenitice. Wolframul nu modifica rezistenta

la coroziune a otelurilor inoxidabile.

CUPRUL amelioreaza rezistenta la coroziune a otelurilor inoxidabile in unii reactivi. Se

adauga otelurilor inoxidabile pentru a mari efectul austenitizant al Ni.

TITANUL SI NIOBIUL au rol alfagen si, datorita afinitatilor fata de carbon, impiedica

formarea carburilor de crom si saracirea austenitei in acest element. Au rol de stabilizator,

respectiv de a impiedica precipitarea carburilor de crom in cazul incalzirii de lunga durata a

otelurilor inoxidabile in intervalul temperaturilor de 673...973K. Se recomanda ca, continutul

in Ti si Nb sa fie stabilit in functie de continutul in carbon (%Ti=8⋅%C, %Nb=5⋅%C).

SULFUL, SELENIUL SI FOSFORUL se adauga uneori otelurilor inoxidabile, pentru a le

usura prelucrabilitatea prin aschiere.

Pentru a mari rezistenta otelurilor austenitice Cr-Ni la temperaturi ridicate li se

adauga SILICIU. Adaosurile de siliciu contribuie la suprimarea sensibilitatii la coroziune sub

tensiune si la ameliorarea comportarii in medii nitrice foarte oxidante.

4.TRANSFORMARI STRUCTURALE SI PROPRIETATILE OTELURILOR

INOXIDABILE AUSTENITICE

11

Modificarile structurale ce se pot realiza in otelul austenitic, prin incalziri si raciri in

domeniul cuprins intre temperatura ambianta si punctul de inceput de topire, sunt destul de

nesemnificative cantitativ.

Incalzirea in domeniul austenitic este insotita de dizolvarea carburilor de crom, peste

limita de solubilitate, variabila cu temperatura (solvul) si de ulterioara crestere ireversibila a

grauntelui austenitic. Aceasta crestere nu este atat de accentuata si de periculoasa, ca in

cazul otelurilor feritice.

Racirea rapida din domeniul austenitic, mentine structura austenitica metastabila la

temperatura ambianta, fara sa sufere imbatranirea naturala. Acest tratament cunoscut sub

denumirea de calire de punere in solutie faciliteaza extinderea domeniului procentului de

carbon din aceste oteluri la 0,05÷0,15%C.

Reincalzirea otelurilor in domeniul 500÷800°C duce la precipitarea carburilor de

crom, cauza cunoscutului fenomen de coroziune intercristalina.

Atfel, folosirea otelurilor inoxidabile austenitice trebuie facuta deseori cu prudenta,

datorita metastabilitatii austenitei. Astfel, in anumite conditii, austenita se poate transforma

in martensita, ceea ce poate provoca modificari insemnateale proprietatilor otelului. In

conditii severe de functionare sunt necesare tolerante dimensionale stricte, absenta fazei

feromagnetice, tenacitatea ridicata a cusaturii sudate (atat in metalul de baza, cat si in zona

influentata termic), cerinte care nu pot fi satisfacute de o austenita metastabila.

Este cunoscut faptul ca in materialele metalice, martensita se poate forma:

♦ la racire rapida (de la temperatura de austenitizare, la temperatura ambianta),

obtinandu-se martensita de racire;

♦ sub actiunea unor tensiuni, odtinandu-se martensita de tensiuni;

♦ in timpul deformarii plastice, obtinandu-se martensita de deformare plastica;

♦ in timpul hidrogenarii catodice.

In aliajele Fe-Cr-Ni, in urma transformarii martensitice, din austenita metastabila

(CFC), se formeaza fie faza martensitica α’ (CVC), fie faza martensitica ε (HC). Compozitia

chimica a otelului poate influenta aparitia uneia sau alteia din aceste faze, cat si a diferentei

de energie dintre aceste doua faze.

Studiile lui Eichelman si Hull au aratat ca nichelul, cromul, manganul, carbonul

azotul, siliciu si cobaltul (la care s-a adaugat aluminiu, toriu, vanadiu, wolfram) deplaseaza

la temperaturi mai joase MS

S-a aratat ca cele doua faze martensitice ε si α’ sunt faze metastabile, care la

temperaturi inalte se transforma in faza γ. Analiza prin raze X a aratat ca transformarea

, acesta depinzand liniar de compozitia chimica.

12

inversa martensita ε→γ are loc in intervalul de temperaturi 150÷400°C, in timp ce

transformarea martensitei α’→γ, din otelul 18Cr-8Ni, deformat plastic la rece cu un grad de

reducere 50%, are loc in intervalul 400÷800°C, cu un timp de recoacere de 20 de ore. Dar,

in functie de compozitia chimca a otelului s-au identificat si alte temperaturi de transformare

ale α’→γ: fie intre 500÷600°C, fie intre 570÷850°C.

Otelurile inoxidabile austenitice Cr-Ni, au o capacitate de ecruisare prin deformare

plastica la rece, diferita de cea a celorlalte oteluri inoxidabile, in sensul ca suporta

deformatii mari, pana la rupere, simultan cu cresterea de circa 2,5 ori a tensiunii.

Durificarea prin ecruisare depinde de stabilitatea austenitei care, in functie de

compozitia, stare initiala si conditiile de deformare, poate sa se transforme partial in

martensita, fapt ce pare sa explice comportarea deosebita a acestor oteluri in cursul

deformarii plastice.

O caracteristica mecanica foarte importanta a otelurilor austenitice o constituie

pastrarea ductilitatii ridicate, la temperaturi foarte joase, apropiate de zero absolut. Aceasta

proprietate este starns legata de stabilitatea austenitei, care nu trebuie sa sufere

transformarea martensitica in cursul racirii, ceea ce presupune un continut de nichel cu atat

mai ridicat, cu cat otelul are mai putin carbon.

In stare calita, la austenita otelurilor 18-8 cu 0,05÷0,1%C, poseda, alaturi de

rezistenta la coroziune si proprietati mecanice relativ ridicate:

• R=55÷65 daN/mm2

• R

;

p o,2=20÷30 daN/mm2

• A

;

5

• KCU=10÷30 daJ/cm

=40÷60%;

• E=2×10

2 5 daN/mm2

Aceste caracteristici sunt foarte sensibile la microstructura, in sensul ca precipitarea

intercristalina a carburilor de crom reduce brusc caracteristicile de rezistenta si ductibilitate.

5. OTELURI AUSTENITICE PENTRU IMPLANTURI Necesitatea utilizarii in chirurgia ortopedica a materialelor metalice din oteluri

inoxidabile austenitice a condus la stabilirea si intocmirea unor norme specifice.

.

Specificatiile de compozitie chimica ale acestor oteluri se situeaza in general in

limitele valorilor prezentate in tabelul 5.1. Clasa A se refera la otelurile inoxidabile avand o

13

proportie de maxim 0.08% C, iar clasa B se refera la cele care au un continut in carbon de

maxim 0.03%.

Echilibrarea compozitiei chimice pentru a obtine o structura complet austenitica, fara

separari de ferita, impune orientarea continuturilor de Cr, Ni, Mn, Si, Mo in anumite limite.

Totodata aceasta orientare tine cont si de celelalte efecte pe care compozitia chimica le are

asupra caracteristicilor mecanice si fizice ale otelurilor inoxidabile austenitice.

Tabel 5.1. Specificatiile de compozitie chimica a doua oteluri

inoxidabile, din clasa A, respectiv clasa B

Element Clasa A (%)

(316)

Clasa B (%)

(316L)

Carbon max. 0.08 max. 0.03

Mangan max. 2.00 max. 2.00

Siliciu max. 1.00 max. 1.00

Fosfor max. 0.025 max. 0.025

Sulf max. 0.015 max. 0.015

Crom 16.0-19.0 16.0-19.0

Nichel 12.0-16.0 12.0-16.0

Molibden 2.0-3.5 2.0-3.5

Cupru max. 0.5 max. 0.5

Fier rest rest

Comitetul ASTM F-4, care se ocupa cu studiul materialelor pentru implant chirurgical,

a precizat specificatii standard pentru cele 3 sisteme de materiale folosite:

* otelurile inoxidabile austenitice,

* aliajele Co-Cr,

* titanul pur si aliajele de titan.

In tabelul 5.2. sunt date compozitiile a 3 tipuri de oteluri inoxidabile folosite la

fabricarea implanturilor chirurgicale: 316, 316L, 317 comparate cu specificatiile standard

ASTM F 55-66 si F 56-66.

14

Se observa ca, in general, compozitiile chimice ale celor trei oteluri se incadreaza in

limitele standard specificate de Societatea Americana pentru Testare si pentru Materiale

(ASTM).

Tabel.5.2. Compozitiile a 3 tipuri de oteluri inoxidabile: 316, 316L,

317 comparate cu specificatiile standard ASTM F 55-66 si F 56-66.

Element Compozitie

chimica

ASTM (%)

Compozitie

chimica 316

Compozitie

chimica 316L

Compozitie

chimica 317

C max. 0.08 max. 0.10 max. 0.03 max. 0.08

Mn max. 2.0 max. 2.0 max. 2.0 max. 2.0

P max. 0.03 max. 0.04 - -

S max. 0.03 max. 0.03 - -

Si max. 0.75 max. 1.0 max. 1.00 max. 1.00

Cr 17-20 16-18 16-18 18-20

Ni 10-14 10-14 10-14 11-15

Mo 2.0-4.0 2.0-3.0 2.0-3.0 3.0-4.0

Proprietatile mecanice selectate ale otelurilor inoxidabile 316, 316L, 317, comparate

cu specificatiile standard ASTM F 56 – 66 sunt prezentate in tabelul 5.3.

Tabel 5.3. Proprietatile mecanice selectate ale oteluri inoxidabile:

316, 316L, 317 comparate cu specificatiile standard ASTM F 56-66.

PROPRIETATE PRESCRIPTII ASTM TIP DE OTEL INOX

Recopt Finisat

la rece

Prelucrat

la rece

316

recopt

316L

recopt

317

recopt

Rrupere la tractiune 75000 (psi) 90000 125000 85000 78000 90000

Limita de curgere (psi) 80000 45000 100000 35000 30000 40000

Alungire (%)

40 35 12 55 55 50

15

Duritate Rockwell B95 - - B80 B76 B85

Otelul inoxidabil de calitate 316L intruneste atat cerintele stabilite de Societatea

Americana pentru Testare si pentru Materiale (ASTM) cat si cele stabilite de Organizatia

Internationala pentru Standardizare (ISO), dar trebuie sa intruneasca si specificatiile interne

ale firmelor producatoare privind compozitia chimica, uniformitatea microstructurii si

proprietatile mecanice.

Anumite implanturi, cum ar fi: firul pentru cerclaj, benzile pentru sustinere sunt

produse din otel inoxidabil 316L prin deformare plastica la rece. Acest lucru necesita

aplicatii care presupun un maxim de stabilitate a formei.

Unele implanturi de diametre mici, cum ar fi: firele Kirschner, acele Steinmann si

suruburile Schantz se pot prelucra la rece pentru a rezista la deformatiile permanente la

incovoiere.

Otelul inoxidabil 316L este complet nemagnetic, indiferent de conditiile de obtinere.

Otelurile inoxidabile austenitice cu maxim 0.08 % C, si cu continut de azot intre

limitele 0,04-0,06, se pot elabora in cuptoare electrice cu arc, eventual retopite electric sub

zgura sau cu arc in vid.

Elaborarea otelurilor inoxidabile austenitice cu maxim 0,03% C se va realiza in

cuptoare cu inductie in vid, eventual retopite electric sub zgura sau cu arc in vid, urmarindu-

se in principal asigurarea calitatii superioare a produsului.

Gradul de durificare, la prelucrarea la rece, este legat de compozitia chimica a

materialului.

Printr-un continut de nichel crescut pana la limita superioara permisa de specificatia

data pentru un anumit material, otelul devine mult mai stabil si prezinta un grad mai scazut

de ecruisare, pana la o anumita limita. Un continut de Cr de 17-20% si o proportie de

aproximativ 7% Ni vor conduce la o scadere a gradului de ecruisare.

In tabelul 5.4 este prezentat efectul prelucrarii la rece, prin gradele de reducere

realizate, asupra rezistentei la rupere in otelul inoxidabil austenitic tip 316.

Molibdenul determina o crestere a rezistentei la curgere a otelurilor inoxidabile

austenitice. Daca tragerea se executa la grade ridicate de reducere, se vor obtine

proprietati slab magnetice. Totusi, din analiza valorilor obtinute pentru permeabilitatea

magnetica se accepta ca aceste oteluri sunt nemagnetice.

16

Tabelul 5.4. Efectul prelucrarii la rece prin gradele de reducere realizate asupra

rezistentei la rupere in otelul inoxidabil 316

(%Cr =17.5, %Ni=13.4, %Mo=2.4)

GRAD DE REDUCERE (%) 0 20.8 45.0 60.8 81.0

Rezistenta la rupere (N/mm2 836.0 ) 1178.0 1599.0 1780.0 1941.0

Se observa ca rezistenta la rupere creste cu cresterea gradului de reducere, dar

scade usor odata cu cresterea continutului de nichel.

In general, rezistenta la curgere a otelurilor inoxidabile austenitice recoapte utilizate

frecvent (AISI 304 si AISI 316) este scazuta. Alierea cu azot a devenit o metoda frecvent

utilizata pentru a mari rezistenta la curgere in astfel de materiale si de aceea a aparut o nou

generatie de oteluri inoxidabile cu azot. Efectele de durificare obtinute prin adaosuri de azot

sunt considerate a fi, in general, rezultatul unei durificari puternice a solutiei solide datorita

azotului.

6.COMPORTATREA LA COROZIUNE A OTELURILOR INOXIDABILE

AUSTENITICE

Rezistenta deosebita (fata de alte clase structurale de oteluri inoxidabile si/sau

materiale metalice) este datorata, evident, formarii si mentinerii pe suprafata metalului, a

unei pelicule de protectie, care, in anumite conditii de mediu si exploatare, poate fi

rezistenta chimic si mecanic.

In conditii deosebite, referitoare la mediu, la materialul metalic si conditiile de

solicitare, in care pelicula protectoare se poate rupe, apare un fenomen de atac localizat,

care duce la distrugerea materialului metalic.

Considerand mediile apoase, otelurile inoxidabile austenitice prezinta urmatoarele

forme de rezistenta, la diferitele tipuri specifice de coroziune electrochimica : generala,

localizata, sub sarcina (tenso-fisuranta).

17

6.1.Comportarea la coroziune generala

Coroziunea generala se manifesta la contactul otelurilor inoxidabile austenitice cu

diferite medii agresive pe intreaga suprafata. Mecanismul se bazeaza pe schimbarea

continua a rolului de anod si catod a diferitelor portiuni de material. Este coroziunea cel mai

usor de detectat, fie prin pierderea masica (g/m2h), fie prin subtierea peretilor de material

(mm/an).

Otelurile inoxidabile austenitice sunt in general rezistenta in medii acide si alcaline,

cu viteze de coroziune mai mici de 0,1 mm/an. In literatura pentru evaluarea comportarii la

coroziune generala a otelurilor inoxidabile austenitice se dau tabele de rezistenta la

coroziune, in care se indica clasa de rezistenta a diferitelor marci de otel inoxidabil, (cu

conditiile de temperatura, presiune, concentratie a mediului) fie se redau diagrame de

izocoroziune, care delimiteaza domeniul in zone puternic corodabile si zone imune

(diagrame construite la viteze de coroziune constante la modificarea parametrilor mediului

de contaminare).[17].

Acidul azotic este un mediu care functie de concentratia sa poate deveni puternic

oxidant. Otelurile inoxidabile austenitice sunt utilizate la concentratii scazute (sub 65%

HNO3) pana la temperatura de fierbere. La concentratii ridicate si in prezenta agentilor

contaminati acidul azotic devine mult mai coroziv.

Acidul sulfuric este un mediu care pune probleme deosebite otelurilor inoxidabile

austenitice. Acidul in sine nu este nici foarte oxidant, nici foarte reducator, astfel incat

otelurile inoxidabile sunt pasivate sau activate in masura in care solutia contine agenti

oxidanti sau reducatori chiar in cantitati mici.

Un otel inoxidabil este apt sa rezite in acid sulfuric daca reuseste sa-si construiasca

rapid pelicula sa pasivanta. Cand rezistenta este datorata in intregime unei pelicule

preexistente exista pericolul ca o depasivare accidentala sa provoace un atac pe care nici

chiar mediul sau acid nu-l mai poate opri. De aici rezulta importanta aerarii mediului,

deoarece prezenta oxigenului stabilizeaza conditiile de pasivare, marind intervalul de

temperaturi si concentratii. Datorita acestui fapt s-au obtinut rezultate diferentiate in

literatura privind rezistenta la coroziune, in special la temperatura ambianta, la care

solubilitatea oxigenului este foarte ridicata.

Rezistenta la coroziune generala in alti acizi, fie organici, fie anorganici este buna

pentru otelurile inoxidabile austenitice, putandu-se utiliza fara restrictii marcile clasice la

temperaturi si concentratii ridicate ale mediilor de lucru.

18

6.2.Comportarea la coroziune intercristalina

Dezvoltarea initiala deosebita a otelurilor inoxidabile austenitice a fost la un moment

dat stopata datorita susceptibilitatii puternice a acestor tipuri de oteluri fata de coroziunea

intercristalina. Spectaculoasele fenomene de coroziune intercristalina care s-au depistat in

exploatare au fost insa rapid anihilate prin diferite mijloace metalurgice. Ca mod de

manifestare aceasta coroziune duce la distrugerea selectiva a limitelor de graunti, fara ca

matricea sa fie atacata.

In cazul otelurilor austenitice crom-nichel calite, mentinerea izoterma la o

temperatura cuprinsa in domeniul 500...800°C conduce la precipitarea carbonului sub forma

de carburi (Cr23C6) la limita grauntilor si astfel se produce sensibilizarea otelurilor la

coroziune intercristalina .

Precipitarea acestor carburi determina scaderea continutului de crom din masa de

baza adiacenta (uneori sub 12%Cr) si deci o capacitate de pasivare diminuata. Efectul este

cu atat mai pronuntat cu cat continutul carbonului in otel este mai mare si el poate fi

diminuat fie prin scaderea continutului de carbon, fie prin aliere suplimentara cu titan,

niobiu, molibden, elemente care formeaza carburi.

De asemenea, cresterea temperaturii si a duratei de incalzire actioneaza in acelasi

sens, adica favorizeaza precipitarea. Acest aspect este prezentat in figura 6.1 in care,

curbele includ domeniile de sensibilizare la coroziune intercristalina intr-o solutie de

CuSO4+H2SO4

, la fierbere (test Strauss).

Nu toate mediile corosive conduc la un atac intergranular la aceste oteluri

susceptibile la acest tip de coroziune.

Fenomenul de sensibilizare poate sa apara si in timpul sudarii otelurile austenitice in

zona de influenta termica, in care temperatura atinge zona intervalului critic de

sensibilizare.

T[°C]

1000

900

800

700

600

500

1 2

3

Otel inox austenitic sensibilizat Otel inox austenitic stabilizat Otel inox austenitic

19

Fig.6.1. Diagrama temperatura - timp - sensibilitate pentru trei oteluri

austenitice Cr-Ni, calite de la 1050°C

Un tratament termic de calire de punere in solutie permite dizolvarea carburilor de

crom si deci reduce sensibilizarea la coroziune intercristalina.

Mediile care determina manifestarea coroziunii intergranulare sunt numeroase, cele

mai importante fiind :

a) solutiile sulfurice in prezenta sarurilor cuprice;

b) amestecurile sulfo-nitrice,

c) amestecurile fluoro-nitrice;

d) solutiile de acid azotic, cu diferite concentratii.

Coroziunea intercristalina a fost observata si in prezenta apei de mare, a petrolului

brut, a solventilor de cloruri si chiar a diferitelor medii alimentare (sosuri, condimente,

vinuri).

Mijloacele metalurgice cele mai sigure si cu aplicatie intensiva la scara industriala,

pentru evitarea coroziunii intergranulare a otelurilor inoxidabile austenitice sunt :

◊ scaderea continutului de carbon si azot;

◊ folosirea elementelor stabilizatoare;

◊ realizarea tratamentelor termice de calire de punere in solutie si / sau stabilizare;

◊ alierea suplimentara cu diferite elemente, in functie de agresivitatea mediului;

◊ folosirea unor inhibitori pentru micsorarea agresivitatii mediilor de lucru.

Principalele dificultati privind tratamentul de punere in solutie (de exemplu, dupa

sudura), sunt :

20

temperatura prea ridicata ce trebuie atinsa pentru punerea in solutie a

carburilor de crom si pentru favorizarea difuziei cromului in zonele saracite de la

limitele de graunte, ca urmare a precipitarii intergranulare, cu deformarile

ulterioare ale pieselor;

racirea rapida necesara tratamentului;

oxidarea suprafetei in timpul tratamentului (cu necesitatea de a reface starea

suprafetei prin procedee de decapare, sablare);

imposibilitatea efectuarii tratamentelor termice, datorita dimensiunilor globale

ale piesei imbinate prin sudura.

6.3.Comportarea la coroziune sub tensiune

Coroziunea sub tensiune este un atac care se produce datorita actiunii simultane a

mediului coroziv si a tensiunilor (care pot fi interne sau externe) si supun la tractiune

materialul respectiv. Acesta forma de corziune se manifesta in cazul otelurilor inoxidabile

austenitice prin fisuri transgranulare, de regula perpendiculare pe directia solicitarilor, restul

suprafetei expuse fiind practic neatacata.

Comportarea la coroziune sub tensiune depinde de trei factori :

1. factori metalurgici (compozitia chimica si starea materialului metalic);

2. factori legati de mediu;

3. tensiunea de solicitare.

Mediul coroziv are un rol predominant in aparitia si propagarea fisurilor.Cele mai

agresive medii care determina coroziunea sub tensiune a otelurilor inoxidabile austenitice

sunt : medii clorurate, medii caustice si hidrogenul sulfurat.

Actiunea mediilor clorurate se explica prin distrugerea filmului protector pasiv de pe

suprafata otelului, determinand aparitia coroziunii locale (in puncte). Susceptibilitatea la

coroziune sub tensiune cauzata de prezenta clorurilor apare in domeniul de pH = 3...8.

Susceptibilitatea otelurilor inoxidabile austenitice la coroziune sub tensiune, in medii

clorurate este redata sugestiv in figura de mai jos :

Tensiune

[MPa]

560

310-314

21

Fig.6.2. Curbe σ=f(τ) pentru diferite marci de oteluri inoxidabile

supuse la coroziune sub tensiune.

6.4.Coroziunea pitting (in puncte)

Metalele a caror rezistenta buna la coroziune se datoreaza prezentei unui film subtire

pasiv sau unui film protector pe suprafata pot fi susceptibile la atacul pitting cand filmul se

rupe local si nu se mai reface.

Pittingul poate fi definit ca un caz limita de coroziune localizata, in care o zona mica

este atacata in timp ce suprafata metalica ramane neafectata; aceasta definitie este

aplicabila si in cazul altor procese implicate: dezincarea, coroziunea in crevasa sau atacul

selectiv, care pot conduce la coroziunea pitting, desi mecanismele acestor trei procese sunt

diferite.

Desi multe forme de atac puternic localizat, inclusiv pittingul pot fi deseori in legatura

cu anumite heterogenitati asociate sistemului metal-mediu, pittingul se poate produce si in

sistemele care aparent sunt lipsite de heterogenitati, dar mediul agresiv contine anumiti ioni,

cum este Cl-. Se poate considera ca, in timp ce coroziunea in crevasa poate aparea in cele

mai multe solutii de electrolit, pittingul va aparea pe suprafata metalului expusa solutiei

agresive numai daca anumiti ioni sunt prezenti in solutie. Astfel, otelul inoxidabil 18-8, daca

nu prezinta coroziune in crevasa, va prezenta pitturi in solutie stagnanta de clorura de

sodiu, care apar dezordonat pe suprafata metalului; daca ele prezinta coroziune in crevasa,

22

pittingurile vor fi localizate in interiorul crevasei, iar viteza de dezvoltare a pittingului va fi

mai mare decat in cazul precedent. Pe de alta parte, pe suprafata otelului nu va aparea

coroziunea pitting daca acsta este introdus de exemplu, in solutii de sulfat de sodiu.

Coroziunea in crevasa si pittingul au o serie de caracteristici comune, pittingul fiind

considerat frecvent ca o coroziune in crevasa in care pittul isi formeaza propria lui crevasa;

totusi, in timp ce heterogenitatile macroscopice cauzeaza atacul preferential pentru

coroziunea in crevasa, pittingul este determinat de particularitati microscopice sau

submicroscopice ale filmului pasiv. Astfel, otelul austenitic, aliajele de Al, Ni, Cu pot fi toate

susceptibile la atacul pitting in anumite conditii de mediu si coroziune. Aparitia pittingului

demonstreaza foarte bine modul in care defectele cristaline pot afecta integritatea filmului

superficial si astfel comportarea la coroziune.

In figura 6.3 sunt prezentate diferite tipuri de coroziune in puncte, care pot varia de

la semisfera intr-o suprafata polizata, in care atacul cristalografic este complet suprimat,

pana la puncte de atac pe planele cristalografice care se corodeaza cu viteza cea mai mica.

Fig. 6.3. Aspecte ale coroziunii pitting.

O mare parte dintre factorii considerati la coroziune in crevasa se afla in aceeasi

relatie si cu coroziunea pitting, adica: suprafata anodica mica - suprafata catodica mare,

diferente in concentratia reactantului catodic, formarea catalitica de acid in interiorul cavitatii

etc., dar sunt si alte diferente distincte care trebuie considerate.

Pittingul poate aparea intr-un numar mare de metale si aliaje. Astfel, otelul inoxidabil

Fe-17Cr este mai susceptibil la coroziunea pitting in solutie de cloruri decat Fe-18Cr-8Ni,

care la randul sau este mai susceptibil decat Fe-18Cr-8Ni-3Mo, iar titanul este superior

tuturor acestor oteluri. Totusi, nu se poate generaliza tendinta unui aliaj la coroziune pitting

si fiecare sistem trebuie analizat individual. Astfel, coroziunea pitting a unor oteluri

inoxidabile va aparea in solutii care contin anioni de Cl, B (dar nu si de I, F), in schimb nu

apare in prezenta unui oxianion ca NO3-, SO4

2-

Pittingul se poate produce intr-un domeniu larg de pH si de potential; totusi, in toate

cazurile, potentialul metalului trebuie sa fie in interiorul regiunii pasive, astfel incat cea mai

.

23

mare parte a suprafetei sa se afle in zona pasiva. Mai mult, potentialul redox al solutiei

trebuie sa depaseasca o anumita valoare critica pentru ca pittingul sa se initieze. In solutii

neutre, acest potential este atins prin prezenta oxigenului dizolvat, dar cationii metalici

oxidanti, FeCl2, CuCl2, HgCl2 cu potential redox mai mare decat potentialul critic conduc

mai rapid la atacul pitting decat oxigenul dizolvat. Din acest motiv, FeCl3

Influenta pH-ului solutiei asupra potentialului critic de pitting (E

este utilizat in

testele de acest gen. De asemenea, solutiile stagnante favorizeaza formarea pittingurilor in

timp ce solutiile in miscare tind sa-l suprime.

In general, coroziunea pitting se poate imparti in doua stadii: initiere si propagare. In

timpul initierii pitingului, filmul pasiv se rupe si nu se mai reface. In initiere se propaga,

deobicei, foarte rapid. Desi neelucidat, stadiul de initiere pitting pe aliajele de aluminiu are

loc in momentul in care ionii de clor penetreaza filmul de oxid pasiv prin difuzie, pe la

defectele de retea, Mc Bee si Kruger arata ca acest mecanism poate fi aplicabil si la

mecanismul de initiere a pittingului pe fier. Pe de alta parte, Evans sugereaza ca un pitt

este initiat in punctele de pe suprafata in care viteza de dizolvare a metalului este

momentan mare, avand ca rezultat atragerea spre acest punct a anionilor agresivi si

producerea locala a unui mediu favorabil de dizolvare ulterioara, adica un proces auto-

catalitic, similar cu cel care opereaza in stadiul de propagare. Acest punct de vedere a fost

sustinut si de altii, deoarece nu este evident faptul ca un pitt ar fi initiat intr-un defect sau

discontinuitate a filmului pasiv. Acest model, in particular, sugereaza influenta puternica a

structurii metalurgice asupra integritatii filmului pasiv si, astfel, asupra susceptibilitatii la

coroziune in pitting.

O caracteristica a coroziunii pitting pentru un numar mare de metale este potentialul

critic de pitting care este de fapt cel mai negativ potential la care se initiaza si se propaga

unul sau mai multe pittinguri sau cel mai pozitiv potential care are ca rezultat scaderea

curentului datorat pasivarii intregii suprafete. El nu poate fi privit ca un parametru fix,

depinzand de metoda utilizata pentru deteminarea lui.

Potentialul critic de pitting, pentru un anumit tip de aliaj depinde de concentratia in

ioni de clor a solutiei, de concentratia in anioni inhibitori si de temperatura solutiei. Situatia

prezentata se complica insa daca exista o perioada de inducere a pittingului, ceea ce

inseamna ca tendinta la coroziune pitting pentru un aliaj nu poate fi determinata precis pe

baza testelor potentio-statice de scurta durata. Timpul de incubatie va scadea cu cresterea

potentialului si va creste o data cu concentratia ionilor de clor.

c) pare a fi destul de

controversata. S-a observat de catre unii cercetatori, de exemplu, ca Ec creste o data cu

24

cresterea pH-ului in solutiile acide, in timp ce altii nu au observat practic nici o manifestare.

In solutiile alcaline, totusi Ec devine mai pozitiv o data cu cresterea pH-ului datorita pasivarii

induse de ionii OH-.

In schimb, influenta temperaturii solutiei pare a fi mai precisa: la cresterea

temperaturii, se produce scaderea semnificativa a lui Ec

1. calirea de punere in solutie;

.

In practica, multi factori metalurgici par a influenta coroziunea pitting, de exemplu

deformarea plastica la rece cu grade mari creste susceptibilitatea la pitting a otelurilor

inoxidabile austenitice, in timp ce alierea cu Mo o reduce. Pittingul este mai frecvent pe

suprafete rugoase decat pe cele netede. Otelurile austenitice inoxidabile sunt mai

susceptibile la pitting daca ele au fost mentinute un timp scurt in domeniul temperaturii de

sensibilizare. In general, o suprafata metalica, cu cat este mai omogena, cu atat mai buna

este rezistenta filmului la pitting. S-a observat ca pitturile in otelurile inoxidabile austenitice

sunt initiate fie la limita de graunte, fie la anumite incluziuni de sulfuri. Aceste efecte sunt

generate de defecte cristaline, de structura metalurgica si compozitia si afecteaza grosimea,

rezistenta, solubilitatea, porozitatea filmului pasiv si deci susceptibilitatea acestor filme la

pitting.

7.TRATAMENTE TERMICE SPECIFICE OTELURILOR INOXIDABILE

AUSTENITICE

Otelurile inoxidabile austenitice au un anumit raport intre echivalentul elementelor

alfagene si echivalentul elementelor gamagene, care determina la temperatura ambianta,

structura formata din austenita stabila. Se precizeaza ca in austenita apar separari fine de

carburi de crom, molibden, titan, niobiu, diverse eutectice, precum si cantitati mici de ferita

δ.

Tratamentele termice specifice otelurile inoxidabile austenitice sunt:

2. recoacerea de detensionare;

3. recoacerea de sensibilizare la coroziune.

Toate acestea au ca scop principal, cresterea rezistentei la coroziune a otelului

austenitic sau cunoasterea temperaturilor critice la care apar sensibilizari la coroziune.

7.1.Calirea de punere in solutie

25

Este un tratament termic cu aplicatie larga si are ca scop principal, marirea

rezistentei la coroziune a otelurilor inoxidabile austenitice.

Temperaturile de incalzire sunt cuprinse intre 900÷1200°C, frecvent utilizate fiin

valorile de 1000÷1100°C, care asigura si cele mai bune proprietati mecanice acestor oteluri.

Durata de mentinere la temperatura de incalzire, depinde de natura si dimensiunile

pieselor. Orientativ, se recomanda durate de mentinere de 3÷5 min/mm din grosimea piesei.

Racirea pieselor se face cu viteza mare (in apa), fapt care evita precipitarea

carburilor si permite obtinerea austenitei cu grad mare de omogenizare. Pentru piese cu

grosimea de perete mai mica de 2 mm, se poate face o racire rapida in aer.

7.2. Recoacerea de detensionare

Are ca scop reducerea tensiunilor interne si marirea rezistentei la coroziune, in

special coroziunea sub tensiune.

In principiu, recoacerea de detensionare se face la temperaturi mai mici sau egale cu

450°C sau la temperaturi mai mari de 850°C, cu durate de mentinere stabilite in functie de

dimensiunile si natura materialului (10 min/mm), urmate de raciri lente. Se va avea grija ca

parametrii tehnologici ai acestei recoaceri sa nu favorizeze separarea carburilor de crom,

deoarece se inrautateste rezistenta la coroziune a otelului.

Se pot aplica variantele tehnologice pentru recoacerea de recristalizare indicate in

figura:

2

4 3

1

1000

480

300 425

T [°C]

1200

1000

800

600

400

200

0

Timp [min]

200

1120

900±20

aer aer

aer aer

26

Fig.7.1. Variantele tehnologice privind recocerea de recristalizare aplicate otelurilor

inoxidabile austenitice.

Recoacerea de detensionare se aplica tinand seama de conditiile si de modul cum

este folosit materialul, cu deosebire la imbinarile sudate.

Otelurile care lucreza in conditii severe (medii puternic corozive, solicitari mecanice

puternice), vor fi supuse unui ciclu de recoaceri dupa variantele 1 si 2, din figura de mai sus

sau dupa varianta 1 urmata de o calire de punere in solutie. La otelurile stabilizate (cu

adaos de titan sau niobiu), se aplica varianta 2 sau varianta 1 ori se aplica una din aceste

variante, urmata de o calire de punere in solutie. Asemenea recoaceri se recomanda a fi

aplicate si intre operatii, pentru refacerea capacitatii de deformare plastica a otelului.

Pentru stabilitate se recomanda varianta 4 din figura 7.1.

Pentru detensionarea partiala a otelurilor nestabilizate se recomanda recoacerea

dupa varianta 3, iar pentru otelurile stabiliate se aplica varianta 4.

Se mentioneaza ca recoacerile dupa variantele 3 sau 4, conduc la cresterea limitei

de elasticitate.

Incalzirea la temperaturi ridicate (variantele 1 si 2), asigura recristalizarea,

detensionarea si dizolvarea carburilor de crom, obtinandu-se o austenita cu grad mare de

omogenitate. Exista pericolul cresterii granulatiei si a formarii feritei δ si in consecinta, vor

trebui alese temperatura si durata de mentinere in functie de compozitia chimica a otelului.

Temperetura si gradul de deformare aplicat influenteaza marimea grauntelui

austenitic (fig.7.2).

1100

1200

1300

5 10 25 ε%

Temp [°C]

Marime graunte

x103 [µm2]

4

3,2

2,4

1,6

0,8

27

Fig.7.2. Influenta temperaturii si gradului de deformare plastica asupra recristalizarii

unui otel inoxidabil austenitic.

7.3. Recoacerea de sensibilizare

Acest tip de tratament termic se aplica otelurilor inoxidabile austenitice, cu scopul de

a determina intervalul critic de temperaturi, in care se prezinta sensibilizare la coroziune, in

special cea intercristalina.

Pentru toate otelurile din aceasta categorie, recoacerea de lunga durata in intervalul

450÷800°C, cu racire in aer sau in apa, provoaca separari ale carburilor de crom la limita

grauntilor austenitei si creste pericolul aparitiei coroziunii intergranulare si eventual, scad si

proprietatile mecanice.

Recoacerea de detensionare se aplica tinand seama de conditiile si modul cum este

folosit materialul, cu deosebire la imbinarile sudate.

Pentru fiecare marca de otel inox austenitic sunt contruite diagrame TTS

(temperatura, timp, sensibilizare) care arata intervalul de temperaturi critice si duratele de

mentinere, in care apare o sensibilizare mai mare la coroziunea intercristalina. Diagrama

TTS a unui otel 18%Cr-10%Ni-0,1%C (fig 7.3) arata ca tratamentele termice efectuate in

stanga curbei 1, maresc rezistenta la coroziune intercristalina.

T[°C]

1200

1100

1000

900

800

700

600

500

Dezagregarea grauntelui

Precipita M23C6

T1

T2

28

Fig.7.3. Diagrama TTS pentru otelul austenitic 18%Cr-10%Ni-0,1%C.

Temperatura maxima la care apare coroziunea intercristalina este T1=900°C, iar

temperatura la care apare dezagregarea grauntelui este T2=720°C.

Timpul minim pentru aparitia precipitarii carburilor M23C6

este de circa 0,03 ore, la

temperatura de 660°C. De aceste date se tine seama la aplicarea regimurilor de tratamente

termice.

Dupa recoacerea de sensibilizare, sunt afectate si proprietatile mecanice ale

otelurilor inox austenitice. In figura 7.4, se remarca cresterea duritatii si o scadere a

rezilientei otelului sensibilizat prin tratament termic.

KCU [daJ/cm2]

40

30

20

10

Duritate [HB] 220 200 180 160

400 500 600 700 800 900 Temperatura [°C]

HB

KCU

29

Fig.7.4. Influenta recoacerii de sensibilizare asupra duritatii si

rezilientei otelului inox austenitic.

Efectul alterarii duritatii si rezilientei va fi mai mare, pe masura cresterii continutului

de carbon in otel.